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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung zur Speicherung
von Betriebsparametern.
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Die
im Datenblatt eines Halbleiterspeichers beispielsweise eines DRAM-(=
Dynamic Random Access Memory)-Halbleiterspeichers angegebenen charakteristischen
Parameter werden vom Hersteller nur garantiert, wenn der Speicherbaustein
innerhalb bestimmter spezifizierter Grenzen von Betriebsparametern
betrieben wird. Zu solchen Betriebsparametern gehört z.B.
der zulässige
Versorgungsspannungsbereich, in dem der Halbleiterspeicher betrieben
werden darf. Wenn eine höhere
Spannung angelegt wird als die Spannung, die im Datenblatt spezifiziert
ist, kann dies die Zerstörung
von Komponenten auf dem Chip zur Folge haben, was zum Ausfall des Halbleiterspeichers
führt.
Weitere vom Hersteller angegebene Betriebsparameter sind beispielsweise
der zulässige
Umgebungstemperaturbereich, in dem ein ordnungsgemäßes Funktionieren
des Halbleiterspeichers garantiert wird, sowie die zulässigen Taktfrequenzen,
bei denen der Halbleiterspeicher betrieben werden soll.
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Wenn
Bauteile beim Kunden ausfallen, werden diese im allgemeinen an den
Hersteller zurückgesandt,
um beim Hersteller den Ausfallgrund im Rahmen einer Fehleranalyse
zu ermitteln. Dabei ist es wünschenswert
festzustellen, ob der Ausfall des Halbleiterspeichers auf Mängel im
Fertigungsprozeß des
Herstellers oder auf ein nicht vorschriftsgemäßes Betreiben des Speicherbausteins
durch den Kunden zurückzuführen ist.
Ein nicht vorschriftsgemäßes Betreiben
eines Speicherbausteins ist beispielsweise ein Übertakten eines DRAMs, der
Betrieb des DRAMs bei unzulässig
hohen Spannungen oder der Betrieb des DRAMs bei zu hohen bzw. zu
tiefen Temperaturen. Das Fehlerbild eines Bauteils läßt jedoch oftmals
keine eindeutigen Rückschlüsse auf
die Ausfallursache zu. Daher wäre
es wünschenswert,
wenn dem Hersteller zuverlässige
Informationen über
die Betriebsbedingungen des Bauteils beim Kunden zur Verfügung stehen
würden.
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Weiterhin
kann die Kenntnis von Betriebsparametern eines Halbleiterspeichers
in vorteilhafter Weise zur Optimierung von Modulen oder auch weiterer
Peripherie des Halbleiterspeichers verwendet werden. Die Verteilung
der Temperaturbelastung der Einzelbausteine auf einem Modul ist
durch Systemgrößen wie
beispielsweise durch die Position eines Lüfters auf der Hauptplatine
eines Rechners vordefiniert. Wenn es gelingt, die Verteilung der
maximalen Temperaturbelastung auf einem Modul beispielsweise eines
DIMMs zu ermitteln, so kann diese Information dazu benutzt werden,
die Position bestimmter Komponenten auf dem Modul zu optimieren,
so daß beispielsweise
ein Bauteil nicht durch ein anderes Bauteil vom Luftstrom eines
Lüfters
verdeckt wird.
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Die
Kenntnis von Betriebsparametern, unter deren Einfluß ein Bauteil
ausgefallen ist, ermöglicht ferner
den Testbereich beispielsweise den Temperaturbereich, in dem Bauteile
hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, der Applikation angepaßt zu bestimmen.
Beispielsweise wird die bestimmungsgemäße Funktion eines Halbleiterspeichers
laut Datenblatt nur in einem gewissen Temperaturbereich garantiert.
Im Prüffeld
des Herstellers werden die Bauteile im allgemeinen höheren bzw. niedrigeren
Temperaturen ausgesetzt und anschließend wieder einer Funktionsüberprüfung unterzogen.
Indem das Bauteil mit einem bestimmten Temperaturvorhalt ober halb
bzw. unterhalb des spezifizierten Temperaturbereiches getestet wird,
ermöglicht
dieses überkritische
Testen dem Hersteller eine gewisse Sicherheit vor Ausfällen des
Bauteils aufgrund von Temperaturbelastungen. Wenn dem Hersteller
bekannt ist, welchen tatsächlichen
Temperaturen bei den jeweiligen Kundenapplikationen das Bauteil
ausgesetzt ist, kann der abzutestende Temperaturbereich von Seiten
des Herstellers genauer ermittelt werden und der Applikation des
Kunden besser angepaßt
werden.
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Die
Druckschrift
US 6,002,627
A beschreibt einen integrierten Schaltkreis mit einer Detektorschaltung
zur Detektion einer Temperatur des integrierten Schaltkreises. Die
Detektorschaltung erzeugt in Abhängigkeit
von der detektierten Temperatur ein Ausgangssignal, das einem Controllerbaustein
zur Auswertung zugeführt
wird. Der Controllerbaustein erhält
nach Auswertung des Ausgangssignals eine Information über die
Temperatur des Speicherbausteins und kann die Betriebsfrequenz der
integrierten Schaltung entsprechend anpassen. In einer Ausführungsform
der integrierten Schaltung lässt
sich die von der Detektorschaltung ermittelte Temperatur in einem
Latch zwischenspeichern.
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Die
Druckschrift
US 4,419,747
A beschreibt ein Verfahren und eine Speichervorrichtung
zur Speicherung von Prozeß-
und Testinformationen, die bei der Herstellung der Speichervorrichtung
aufgetreten sind. Benachbart zu einer Hauptspeichereinheit, die im
Betrieb der Speichervorrichtung zur Speicherung von Daten vorgesehen
ist, befindet sich auf einem Chip eine Speicherzellenanordnung,
die zur Speicherung der Prozess- und Testinformationen vorgesehen
ist. Eine Steuerschaltung verhindert, daß sich Zugriffe auf die Hauptspeichereinheit
und die Speicherzellenanordnung zur Speicherung der Prozeß- und Testinformationen
gegenseitig stören.
Bei einer Ansteuerung der Steuerschaltung mit TTL-Spannungspegeln
erfolgt ein Zugriff auf die Hauptspeichereinheit, wohingegen bei
einer Ansteuerung der Steuerschaltung mit hohen Spannungspegeln
ein Zugriff auf die Speicherzellenanordnung zur Speicherung der
Prozeß-
und Testinformationen erfolgt.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Schaltung mit Speicherung
von Betriebsparametern der integrierten Schaltung anzugeben.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch eine integrierte Schaltung zur Speicherung von Betriebsparametern
mit einer Programmierschaltung mit einem ersten Eingangsanschluß zum Anlegen
einer Steuerspannung, einem zweiten Eingangsanschluß zum Anlegen
einer Referenzspannung und Ausgangsanschlüssen zur Erzeugung jeweils
eines Programmiersignals, mit ersten steuerbaren Schaltern, mit
einer Speicherschaltung mit Programmieranschlüssen, Ausgangsanschlüssen und programmierbaren
Elementen sowie mit zweiten steuerbaren Schaltern und mit Ausgangsanschlüssen. Jeweils
einer der Ausgangsanschlüsse
der Programmierschaltung zur Erzeugung der Programmiersignale ist über jeweils
einen der ersten steuerbaren Schalter mit jeweils einem der Programmieranschlüsse der
Speicherschaltung verbindbar. Weiterhin ist jeweils einer der Ausgangsanschlüsse der Speicherschaltung über jeweils
einen der zweiten steuerbaren Schalter mit jeweils einem der Ausgangsanschlüsse der
integrierten Schaltung verbindbar. Die Programmierschaltung ist
derart ausgebildet, daß die
Anzahl der Programmiersignale von der Höhe der Steuerspannung abhän gig ist.
Ferner sind die programmierbaren Elemente der Speicherschaltung
in Abhängigkeit
von den Programmiersignalen programmierbar.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der erste Eingangsanschluß zum Anlegen der Steuerspannung
als Anschluß zum
Anlegen eines Versorgungspotentials ausgebildet.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt die integrierte Schaltung
eine Signalwandlerschaltung mit einem Eingangsanschluß zum Anlegen
eines Eingangssignals und einem Ausgangsanschluß zur Erzeugung einer Ausgangsspannung.
Der Ausgangsanschluß der
Signalwandlerschaltung ist mit dem ersten Eingangsanschluß der Programmierschaltung
zum Anlegen des Steuersignals verbunden. Die Signalwandlerschaltung
wandelt eine in dem Eingangssignal enthaltene Information, beispielsweise
eine Information über
die Höhe
der Frequenz eines Signals, in eine Ausgangsspannung um und führt diese
ihrem Ausgangsanschluß zu.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Signalwandlerschaltung so ausgebildet, daß sie in
Abhängigkeit
von einer Temperatur der integrierten Schaltung an ihrem Ausgangsanschluß eine Ausgangsspannung
erzeugt. Die Signalwandlerschaltung umfaßt in dieser Ausgestaltungsform
einen Temperatursensor zur Aufnahme der Temperatur der integrierten
Schaltung. Die Temperatur der integrierten Schaltung ist eine Chiptemperatur.
Sie ist von den Betriebsbedingungen der integrierten Schaltung wie
beispielsweise von der Taktfrequenz, bei der sie betrieben wird,
oder auch von Einflüssen
der unmittelbaren Umgebung der integrierten Schaltung abhängig.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist die Signalwandlerschaltung so ausgebildet, daß sie in
Abhängigkeit
von einer Frequenz eines Taktsignals der integrierten Schaltung
an ihrem Ausgangsanschluß eine
Ausgangsspannung erzeugt. Der Eingangsanschluß der Signalwandlerschaltung ist
in dieser Ausgestaltungsform als Anschluß zum Anlegen des Taktsignals
der integrierten Schaltung ausgebildet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Programmierschaltung
zur Erzeugung der Programmiersignale eine erste Vergleicherschaltung
und eine zweite Vergleicherschaltung. Die beiden Vergleicherschaltungen
weisen jeweils einen ersten Eingangsanschluß, einen zweiten Eingangsanschluß und einen
Ausgangsanschluß auf.
Der erste Eingangsanschluß der
ersten Vergleicherschaltung ist über
die Reihenschaltung eines ersten und eines zweiten Widerstandes
mit einem Anschluß zum
Anlegen eines Bezugspotentials verbunden. Der erste Eingangsanschluß der zweiten
Vergleicherschaltung ist über
den ersten Widerstand mit dem ersten Eingangsanschluß der ersten
Vergleicherschaltung und über
den zweiten Widerstand mit dem Anschluß zum Anlegen des Bezugspotentials
verbunden. Weiterhin ist jeweils der Ausgangsanschluß der ersten
und zweiten Vergleicherschaltung mit jeweils einem der Ausgangsanschlüsse der
Programmierschaltung verbunden.
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In
einer ersten Ausführungsform
der Programmierschaltung der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung
ist jeweils der erste Eingangsanschluß der ersten und zweiten Vergleicherschaltung als
Anschluß zum
Anlegen einer jeweiligen Teilspannung der Steuerspannung ausgebildet.
Der erste Eingangsanschluß der
ersten Vergleicherschaltung ist mit dem ersten Eingangsanschluß zum Anlegen der
Steuerspannung der Programmierschaltung verbunden. Weiter ist jeweils
der zweite Eingangsan schluß der
ersten und zweiten Vergleicherschaltung mit dem Anschluß zum Anlegen
der Referenzspannung der Programmierschaltung verbunden. Die jeweils
am ersten Eingangsanschluß der
Vergleicherschaltungen anliegenden Teilspannungen der Steuerspannung
entstehen durch entsprechende Spannungsabfälle an dem aus dem ersten und
zweiten Widerstand gebildeten Spannungsteiler. Beispielsweise liegt
am ersten Eingangsanschluß der
ersten Vergleicherschaltung die gesamte Steuerspannung an. Am ersten
Eingangsanschluß der
zweiten Vergleicherschaltung liegt dann abhängig vom Widerstandsverhältnis des
ersten und zweiten Widerstandes eine geringere Teilspannung der
Steuerspannung an. Die erste und zweite Vergleicherschaltung erzeugen
an ihren Ausgangsanschlüssen
jeweils ein Programmiersignal, wenn die jeweilige am ersten Eingangsanschluß anliegende
Teilspannung der Steuerspannung die am zweiten Eingangsanschluß anliegende
Referenzsspannung überschreitet.
Je nach Höhe
der Steuerspannung tritt damit an einer unterschiedlichen Anzahl
von Ausgangsanschlüssen von
Vergleicherschaltungen jeweils ein Programmiersignal auf. Die ersten
Eingangsanschlüsse
der ersten und zweiten Vergleicherschaltung sind in dieser Ausgestaltungsform
der Programmierschaltung als nichtinvertierende Anschlüsse ausgebildet.
Die zweiten Eingangsanschlüsse
der ersten und zweiten Vergleicherschaltung sind als invertierende
Anschlüsse
ausgebildet.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Programmierschaltung der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung
ist jeweils der erste Eingangsanschluß der ersten und zweiten Vergleicherschaltung als
Anschluß zum
Anlegen einer jeweiligen Teilspannung der Referenzspannung ausgebildet.
Der erste Eingangsanschluß der
ersten Vergleicherschaltung ist mit dem Anschluß zum Anlegen der Referenzspannung
der Programmierschaltung verbunden. Jeweils der zweite Eingangsanschluß der ersten
und zwei ten Vergleicherschaltung ist mit dem Eingangsanschluß zum Anlegen
der Steuerspannung der Programmierschaltung verbunden. Der aus dem
ersten und zweiten Widerstand gebildete Spannungsteiler erzeugt
damit jeweilige Teilspannungen der Referenzspannnung, die jeweils
an den ersten Eingangsanschlüssen
der Vergleicherschaltungen anliegen. Die erste und zweite Vergleicherschaltung
erzeugen an ihren Ausgangsanschlüssen
jeweils ein Programmiersignal, wenn die jeweilige am ersten Eingangsanschluß der Programmierschaltung
anliegende Teilspannung der Referenzspannung die am zweiten Eingangsanschluß der Programmierschaltung
anliegende Steuerspannung überschreitet.
Je nach Höhe der
Steuerspannung tritt damit an einer unterschiedlichen Anzahl von
Ausgangsanschlüssen
von Vergleicherschaltungen jeweils ein Programmiersignal auf. Die
ersten Eingangsanschlüsse
der ersten und zweiten Vergleicherschaltung sind in dieser Ausgestaltungsform
der Programmierschaltung als invertierende Anschlüsse ausgebildet.
Die zweiten Eingangsanschlüsse
der ersten und zweiten Vergleicherschaltung sind als nichtinvertierende
Anschlüsse ausgebildet.
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Es
sei darauf hingewiesen, daß die
Programmierschaltung auch als komplexer Analog-/Digitalwandler ausgeführt sein
kann. In diesem Fall lassen sich zusätzliche Schwellspannungen definieren.
Der Wert der Steuerspannung kann durch die Verwendung eines solchen
Analog-/Digitalwandlers noch feiner aufgelöst werden.
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In
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen integrierten
Schaltung umfaßt
die Speicherschaltung einen Anschluß zum Anlegen einer Versorgungsspannung
und dritte steuerbare Schalter. Der Anschluß zum Anlegen der Versorgungsspannung
ist über
die Reihenschaltung von jeweils einem der dritten steuerbaren Schalter
und jeweils einem der programmierbaren Schalter mit dem Anschluß zum Anlegen
des Bezugspotentials verbindbar. Weiter ist jeweils einer der Ausgangsanschlüsse der
Speicherschaltung über
jeweils einen der programmierbaren Schalter mit dem Anschluß zum Anlegen
des Bezugspotentials verbindbar.
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In
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung
ist einer der Ausgangsanschlüsse
der Programmierschaltung zur Erzeugung jeweils eines Programmiersignals über einen
der zweiten steuerbaren Schalter mit einem der Ausgangsanschlüsse der
integrierten Schaltung verbindbar. Dadurch läßt sich die am zweiten Eingangsanschluß anliegende
Referenzspannung auf die Schaltschwelle der mit diesem Ausgangsanschluß verbundenen
Vergleicherschaltung einstellen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der integrierten Schaltung sind die programmierbaren Schalter als
elektrisch programmierbare nichtflüchtige Speicherelemente ausgebildet.
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In
einer anderen Ausführungsform
der integrierten Schaltung sind die programmierbaren Schalter als
Schmelzsicherungen ausgebildet.
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In
einer anderen Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Anschluß zum Anlegen
des Bezugspotentials als Anschluß zum Anlegen eines Massepotentials
ausgebildet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an verschiedenen Ausführungsbeispielen anhand von
Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer integrierten Schaltung gemäß der Erfindung,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
der Programmierschaltung der integrierten Schaltung gemäß der Erfindung,
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3A ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Signalwandlerschaltung gemäß der Erfindung,
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3B den
Verlauf der Monoflopspannung UM und der
Ausgangsspannung UA der Signalwandlerschaltung
bei einer hohen Frequenz der Eingangsspannung US der
Signalwandlerschaltung gemäß 3A,
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3C den
Verlauf der Monoflopspannung UM und der
Ausgangsspannung UA der Signalwandlerschaltung
bei einer niedrigen Frequenz der Eingangsspannung US der
Signalwandlerschaltung gemäß 3A,
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4A ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Signalwandlerschaltung gemäß der Erfindung,
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4B ein
erstes Strom-/Spannungsdiagramm in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
der Signalwandlerschaltung gemäß der 4A,
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4C ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer Signalwandlerschaltung gemäß der Erfindung,
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4D ein
zweites Strom-/Spannungsdiagramm in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur
der Signalwandlerschaltung gemäß der 4C.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer integrierten Schaltung zur Speicherung von Betriebsparametern
der integrierten Schaltung. Betriebsparameter der integrierten Schal tung
sind beispielsweise die Taktfrequenz, bei der die integrierte Schaltung
betrieben wird, die Umgebungstemperatur der integrierten Schaltung
oder die an die integrierte Schaltung angelegte Versorgungsspannung.
Mit dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der integrierten
Schaltung zur Speicherung der Betriebsparameter läßt sich
beispielsweise das Überschreiten
von 4 voreingestellten Schwellwerten der Taktfrequenz, der Umgebungstemperatur
oder der angelegten Versorgungsspannung feststellen. Die 4 Schwellwerte
lassen sich dabei über
das Verhältnis aus
4 Widerstände
R1,..., R4 voreinstellen. Die integrierte Schaltung ist im Ausführungsbeispiel
aus Gründen
der besseren Übersichtlichkeit
auf die Speicherung des Vorgangs des Überschreitens von 4 diskreten
Schwellwerten eines externen Betriebsparameters beschränkt. Sie
kann jedoch beliebig erweitert werden und ermöglicht somit die Abspeicherung einer
auf den jeweiligen Anwendungszweck hin optimierten Anzahl von überschrittenen
Schwellwerten eines externen Betriebsparameters.
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Die
integrierte Schaltung umfaßt
eine Programmierschaltung 10, erste steuerbare Schalter 21,..., 24,
eine Speicherschaltung 30, zweite steuerbare Schalter 41,..., 44 sowie
Ausgangsanschlüsse A1,...,
A4. Die Programmierschaltung umfaßt einen ersten Eingangsanschluß E1 zum
Anlegen einer Steuerspannung ES, einen zweiten Eingangsanschluß E2 zum
Anlegen einer Referenzspannung Vref und Ausgangsanschlüsse AP1,...,
AP4. Sie umfaßt
weiterhin eine erste Vergleicherschaltung V1 mit einem ersten Eingangsanschluß 1a,
einem zweiten Eingangsanschluß 1b und
einem Ausgangsanschluß 1c,
einer zweiten Vergleicherschaltung V2 mit einem ersten Eingangsanschluß 2a,
einem zweiten Eingangsanschluß 2b und
einem Ausgangsanschluß 2c,
einer dritten Vergleicherschaltung V3 mit einem ersten Eingangsanschluß 3a,
einem zweiten Eingangsanschluß 3b und einem
Ausgangsanschluß 3c,
einer vierten Vergleicherschaltung V4 mit einem ersten Eingangsanschluß 4a,
einem zweiten Eingangsanschluß 4b und
einem Ausgangsanschluß 4c.
Der erste Eingangsanschluß 1a der
ersten Vergleicherschaltung V1 ist mit dem Eingangsanschluß E1 der
Programmierschaltung der integrierten Schaltung zum Anlegen des
Eingangssignals ES und über einen
ersten Widerstand R1 mit dem ersten Eingangsanschluß 2a der
zweiten Vergleicherschaltung V2 verbunden. Der erste Eingangsanschluß 2a der zweiten
Vergleicherschaltung ist über
einen zweiten Widerstand R2 mit dem ersten Eingangsanschluß 3a der
dritten Vergleicherschaltung verbunden. Der erste Eingangsanschluß 3a der
dritten Vergleicherschaltung ist über einen dritten Widerstand
R3 mit dem ersten Eingangsanschluß 4a der vierten Vergleicherschaltung
verbunden. Der erste Eingangsanschluß 4a der vierten Vergleicherschaltung
ist über
einen vierten Widerstand R4 mit dem Anschluß zum Anlegen eines Bezugspotentials
verbunden. Die ersten Eingangsanschlüsse 1a,..., 4a der
ersten, zweiten, dritten und vierten Vergleicherschaltungen V1,...,
V4 sind als nichtinvertierende Eingangsanschlüsse der jeweiligen Vergleicherschaltungen
V1,..., V4 ausgebildet. Die zweiten Eingangsanschlüsse 1b,..., 4b der ersten,
zweiten, dritten und vierten Vergleicherschaltung sind als invertierende
Eingangsanschlüsse
der jeweiligen Vergleicherschaltungen V1,..., V4 ausgebildet und
sind mit dem zweiten Eingangsanschluß der Programmierschaltung 10 zum
Anlegen der Referenzspannung Vref verbunden.
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Der
erste Ausgangsanschluß 1c der
ersten Vergleicherschaltung ist über
einen Ausgangsanschluß AP1
der Programmierschaltung 10 und über einen steuerbaren Schalter 21 mit
einem Programmieranschluß P1
der Speicherschaltung 30 verbunden. Der zweite Ausgangsanschluß 2c der
zweiten Vergleicherschaltung ist über einen Ausgangsanschluß AP2 der
Programmierschaltung 10 und über einen steuerbaren Schalter 22 mit
einem Programmieranschluß P2
der Speicherschaltung 30 verbunden. Der dritte Ausgangsanschluß 3c der
dritten Vergleicherschaltung ist über einen Ausgangsanschluß AP3 der
Programmierschaltung 10 und über einen steuerbaren Schalter 23 mit
einem Programmieranschluß P3
der Speicherschaltung 30 verbunden. Der vierte Ausgangsanschluß 4c der
vierten Vergleicherschaltung ist über einen Ausgangsanschluß AP4 der Programmierschaltung 10 und über einen
steuerbaren Schalter 24 mit einem Programmieranschluß P4 der
Speicherschaltung 30 verbunden. Die steuerbaren Schalter 21,..., 24 sind über einen
gemeinsamen Steueranschluß S1
durch das Anlegen eines Steuersignals SS1 steuerbar.
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Die
Speicherschaltung 30 umfaßt dritte Schalter 31,..., 34,
die mit einem Steueranschluß S3 zum
Anlegen eines Steuersignals SS3 ansteuerbar sind. Weiterhin umfaßt sie programmierbare
nichtflüchtige
Schalter 35,..., 38, denen über jeweils einen der Programmieranschlüsse P1,...,
P4 jeweils ein Programmiersignal PS1,..., P54 zugeführt wird.
Ein Eingangsanschluß Vin
zum Anlegen einer Versorgungsspannung VDD ist über jeweils einen der dritten
steuerbaren Schalter 31,..., 34 mit jeweils einem Ausgangsanschluß AS1,...,
AS4 verbunden. Weiterhin ist der Eingangsanschluß Vin zum Anlegen der Versorgungsspannung
VDD über
die Hintereinanderschaltung von jeweils einem der dritten steuerbaren Schalter 31,..., 34 und
jeweils einem der programmierbaren Schalter 35,..., 38 mit
einem Anschluß M zum
Anlegen des Bezugspotentials verbunden. Jeweils einer der Ausgangsanschlüsse AS1,...,
AS4 der Speicherschaltung 30 ist über jeweils einen programmierbaren
Schalter 35,..., 38 mit dem Anschluß M zum
Anlegen des Bezugspotentials verbunden. Jeweils einer der Ausgangsanschlüsse AS1,...,
AS4 der Speicherschaltung 30 ist über jeweils einen zweiten steuerbaren
Schalter 41,..., 44 mit jeweils einem der Ausgangsanschlüsse A1,...,
A4 der integrierten Schaltung verbunden.
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Der
Eingangsanschluß E1
der Programmierschaltung 10 ist als Anschluß zum Anlegen
einer Steuerspannung ausgebildet. wenn die integrierte Schaltung
verwendet werden soll, um das Überschreiten
von voreingestellten Schwellwerten der Versorgungsspannung festzustellen,
so läßt sich
die Versorgungsspannung direkt an den Eingangsanschluß E1 der
Programmierschaltung 10 angelegen. Wenn die integrierten
Schaltung verwendet werden soll, um das Überschreiten von voreingestellten Schwellwerten
der Taktfrequenz oder der Chiptemperatur festzustellen, so müssen diese
Betriebsparameter in eine elektrische Ausgangsgröße beispielsweise eine Ausgangsspannung
umgewandelt werden. Zur Umwandlung einer in einem Eingangssignal ES' enthaltenen nichtelektrischen
Information in eine Ausgangsspannung ist eine Signalwandlerschaltung 50 vorgesehen.
Die Signalwandlerschaltung 50 umfaßt einen Eingangsanschluß EW zum
Anlegen des Eingangssignals ES',
das eine nichtelektrische Information enthält. Die Signalwandlerschaltung 50 wandelt
die nichtelektrische Information des Eingangssignals ES' in eine Ausgangsspannung
um und führt diese über ihren
Ausgangsanschluß AW
als Steuersignal ES dem Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung 10 zu.
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Im
folgenden soll die Funktionsweise der integrierten Schaltung zur
Speicherung von externen Betriebsparametern erläutert werden. Der Einfachheit
halber wird angenommen, daß die
integrierte Schaltung so ausgebildet ist, daß sie die Speicherung des Überschreitens
von diskreten Stufen der am Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung 10 angelegten
Versorgungsspannung, die über
einem zulässigen
Höchstwert
der in der Spezifikation angegebenen Maximalspannung liegt, ermöglicht.
Da als Eingangsgröße eine
Spannung verwendet wird, entfällt
in dieser Ausführungsform
die Signalwandlerschaltung 50, so daß an den Eingangsanschluß E1 der
Programmierschaltung 10 direkt die Versorgungsspannung
als Steuerspannung angelegt wird. Die Einzelwiderstände R1,
R2, R3 und R4 werden so dimensioniert, daß beim Anlegen einer Versorgungsspannung,
die über
einem bestimmten Schwellwert oberhalb der in der Spezifikation angegebenen Höchstspannung
liegt, ein erster Teil der Vergleicherschaltungen V1,..., V4 an
ihrem jeweiligen Ausgangsanschlüssen 1c,..., 4c ein
Programmiersignal erzeugen. Die restlichen Vergleicherschaltungen V1,...,
V4 erzeugen an ihren jeweiligen Ausgangsanschlüssen kein Programmiersignal.
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Zur
besseren Verdeutlichung der Dimensionierung der Widerstände R1,...,
R4 wird im folgenden beschrieben, in welcher Größenordnung die Einzelwiderstände R1,...,
R4 zu wählen
sind, damit die Vergleicherschaltungen V1,..., V4 an ihren Ausgangsanschlüssen in
Abhängigkeit
von einer Versorgungsspannung, die 10 %, 20 %, 30 % oder 40 % oberhalb der
höchstzulässigen Versorgungsspannung
liegt, entsprechende Programmiersignale erzeugen.
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Der
Gesamtwiderstand der aus dem ersten Widerstand R1, dem zweiten Widerstand
R2, dem dritten Widerstand R3 und dem vierten Widerstand R4 gebildeten
Reihenschaltung ist frei wählbar.
Der erste Widerstand R1 wird so dimensioniert, daß die zweite
Vergleicherschaltung an ihrem Ausgangsanschluß 2c ein Programmiersignal
PS2 erzeugt wenn die am Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung 10 angelegte
Versorgungsspannung 20 % oberhalb der gemäß Spezifikation zulässigen Höchstversorgungsspannung
liegt. Der zweite Widerstand R2 wird so dimensioniert, daß die dritte
Vergleicherschaltung an ihrem Ausgangsanschluß 3c ein Programmiersignal
PS3 erzeugt, wenn die am Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung 10 angelegte
Versorgungsspannung 30 % oberhalb der gemäß Spezifikation zulässigen Höchstversorgungsspannung
liegt. Der dritte Widerstand R3 wird so dimensioniert, daß die vierte
Vergleicherschaltung an ihrem Ausgangsanschluß 3c ein Programmiersignal
PS4 erzeugt, wenn die am Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung 10 angelegte
Versorgungsspannung 40 oberhalb der gemäß Spezifikation zulässigen Höchstversorgungsspannung
liegt. Der vierte Widerstand R4 berechnet sich aus dem verbleibenden
Restwiderstand des frei wählbaren
Gesamtwiderstandes, der aus der Reihenschaltung des ersten, zweiten,
dritten und vierten Widerstands gebildet wird.
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Zur
Einstellung der Referenzspannung Vref wird der Ausgangsanschluß der ersten
Vergleicherschaltung V1 über
den steuerbaren Schalter 41 mit dem Ausgangsanschluß A1 der
integrierten Schaltung verbunden. An den Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung 10 wird
eine Spannung angelegt, die 10 % oberhalb der zulässigen Höchstspannung
liegt. Die Referenzspannung Vref wird anschließend so eingestellt, daß am Ausgangsanschluß A1 der
integrierten Schaltung der mit dem Ausgangsanschluß 1c der
ersten Vergleicherschaltung V1 verbunden ist, ein Programmiersignal
erzeugt wird. Die Referenzsspannung Vref liegt damit genau an der Schaltschwelle
der ersten Vergleicherschaltung V1. Anschließend wird der steuerbare Schalter 41 über das
an seinem Steuereingang S2 anliegende Steuersignal S52 geöffnet, so
daß der
Ausgangsanschluß 1c der
ersten Vergleicherschaltung V1 nicht mehr mit dem Ausgangsanschluß A1 der
integrierten Schaltung verbunden ist.
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Die
steuerbaren Schalter 21,..., 24 werden über das
Steuersignal SS1, das am Steueranschluß S1 anliegt, geschlossen,
so daß jeweils
einer der Ausgangsanschlüsse
AP1,..., AP4 der Programmierschaltung 10 über die
Programmieranschlüsse
P1, ..., P4 der Speicherschaltung 30 mit jeweils einem der
programmierbaren Schalter 35,..., 38 verbunden ist.
Wenn am Eingangsanschluß E1
der Programmierschaltung 10 eine Versorgungsspannung anliegt,
die 10 % oberhalb der zulässigen
Höchstversorgungsspannung
liegt, so wird am Ausgangsanschluß 1c der ersten Vergleicherschaltung
V1 ein Programmiersignal PS1 erzeugt, das den programmierbaren Schalter 38 schließt und somit
der Ausgangsanschluß AS1
der Speicherschaltung dauerhaft auf das Bezugspotential M schaltet.
Entsprechend werden bei Versorgungsspannungen die 20 %, 30 % oder
40 % oberhalb der zulässigen
Höchstversorgungsspannung
liegen, an den Ausgangsanschlüssen 2c, 3c und 4c der
Vergleicherschaltungen V2, V3 und V4 Programmiersignale PS2, PS3
und PS4 erzeugt, die jeweils die programmierbaren Schalter 35, 36 und 37 schließen und
somit die Ausgangsanschlüsse
AS2, AS3 und AS4 der Speicherschaltung dauerhaft auf das Bezugspotential
M schalten. Die programmierbaren Schalter 35,..., 38 sind
beispielsweise als Schmelzsicherungen oder als elektrisch programmierbare
nichtflüchtige
Speicherelemente beispielsweise als EEPROMs ausgebildet. Anhand
des Programmierzustandes der programmierbaren Schalter läßt sich
anschließend
nachprüfen,
unter welchen Betriebsbedingungen ein Halbleiterchip, auf dem sich
die integrierte Schaltung befindet, verwendet wurde.
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Zum
Auslesen des Programmierzustandes der programmierbaren Schalter 35,..., 38 werden durch
das Anlegen des Steuersignals SS1 an den Steueranschluß S1 der
steuerbaren Schalter 21,..., 24 die Ausgangsanschlüsse AP1,...,
AP4 der Programmierschaltung 10 von den Programmieranschlüssen P1,...,
P4 getrennt. An den Eingangsanschluß Vin der Speicherschaltung 30 wird
eine Versorgungsspannung VDD angelegt. Anschließend werden durch das Anlegen
eines Steuersignals SS3 an den Steueranschluß S3 die steuerbaren Schalter 31,..., 34 geschlossen,
so daß der
Eingangsanschluß Vin
zum Anlegen der Versorgungsspannung VDD mit jeweils einem der programmierbaren
Schalter 35,..., 38 verbunden ist. Durch das Steuersignal
SS2, das am Steueranschluß S2
der steuerbaren Schalter 41, ..., 44 anliegt,
ist der Eingangsanschluß Vin
zum Anlegen der Versorgungsspannung VDD mit jeweils einem der Ausgangsanschlüsse A1,...,
A4 der integrierten Schaltung verbunden und ist gleichzeitig je nach
Schaltzustand der programmierbaren Schalter mit dem Anschluß M zum
Anlegen des Bezugspotentials, der beispielsweise als Anschluß zum Anlegen eines
Massepotentials VSS ausgebildet ist, verbunden. Wenn der Programmierzustand
eines der programmierbaren Schalter 35,..., 38 derart
ist, daß der programmierbare
Schalter geöffnet
ist, so ist der mit dem jeweiligen programmierbaren Schalter verbundene
Ausgangsanschluß A1,...,
A4 der integrierten Schaltung über
jeweils einen der Schalter 31,..., 34 mit dem
Versorgungspotential VDD verbunden. Am jeweiligen Ausgangsanschluß A1, ...,
A4 der integrierten Schaltung liegt dann ein Signal an, das dem logischen
Zustand 1 entspricht. Wenn der Programmierzustand eines der programmierbaren
Schalter 35,..., 38 derart ist, daß der programmierbare
Schalter geschlossen ist, so ist der mit dem jeweiligen programmierbaren
Schalter verbundene Ausgangsanschluß A1,..., A4 der integrierten
Schaltung mit dem Massepotential verbunden. Am jeweiligen Ausgangsanschluß A1,...,
A4 der integrierten Schaltung liegt dann ein Signal an, das dem
logischen Zustand 0 entspricht. Die an den Ausgangsanschlüssen A1,..., A4
der integrierten Schaltung anliegenden Signale enthalten somit eine
Information, bei welchen Betriebsbedingungen der integrierte Halbleiterchip, auf dem
sich die integrierte Schaltung befindet, betrieben worden ist.
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2 zeigt
eine zweite Ausführung
der Programmierschaltung 10. Die Programmierschaltung 10 umfaßt wie das
in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einen ersten
Eingangsanschluß E1 zum
Anlegen einer Steuerspannung ES, einen zweiten Eingangsanschluß E2 zum
Anlegen einer Referenzspannung Vref und Ausgangsanschlüsse AP1,...,
AP4 zur Erzeugung von Programmiersignalen. Sie umfaßt weiterhin
eine erste Vergleicherschaltung V1 mit einem ersten Eingangsanschluß 1a,
einem zweiten Eingangsanschluß 1b und
einem Ausgangsanschluß 1c,
eine zweite Vergleicherschaltung V2 mit einem ersten Eingangsanschluß 2a,
einem zweiten Eingangsanschluß 2b und
einem Ausgangsanschluß 2c,
eine dritte Vergleicherschaltung V3 mit einem ersten Eingangsanschluß 3a,
einem zweiten Eingangsanschluß 3b und
einem Ausgangsanschluß 3c und
eine vierte Vergleicherschaltung V4 mit einem ersten Eingangsanschluß 4a,
einem zweiten Eingangsanschluß 4b und
einem Ausgangsanschluß 4c.
Der erste Eingangsanschluß 1a der
ersten Vergleicherschaltung V1 ist mit dem Eingangsanschluß E2 der
Programmierschaltung zum Anlegen der Referenzspannung Vref und über einen
ersten Widerstand R1 mit dem ersten Eingangsanschluß 2a der zweiten
Vergleicherschaltung V2 verbunden. Der erste Eingangsanschluß 2a der
zweiten Vergleicherschaltung ist über einen zweiten Widerstand
R2 mit dem ersten Eingangsanschluß 3a der dritten Vergleicherschaltung
verbunden. Der erste Eingangsanschluß 3a der dritten Vergleicherschaltung
ist über
einen dritten Widerstand R3 mit dem ersten Eingangsanschluß 4a der
vierten Vergleicherschaltung verbunden. Der erste Eingangsanschluß 4a der
vierten Vergleicherschaltung ist über einen vierten Widerstand
R4 mit dem Anschluß zum
Anlegen des Bezugspotentials verbunden. Die ersten Eingangsanschlüsse 1a, ..., 4a der
ersten, zweiten, dritten und vierten Vergleicherschaltung sind als
invertierende Eingangsanschlüsse
der jeweiligen Vergleicherschaltungen V1,..., V4 ausgebildet. Die
zweiten Eingangsanschlüsse 1b,..., 4b der
ersten, zweiten, dritten und vierten Vergleicherschaltungen sind
als nichtinvertierende Eingangsanschlüsse der jeweiligen Vergleicherschaltungen
V1,..., V4 ausgebildet und sind mit dem ersten Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung 10 zum
Anlegen des Eingangssignals ES verbunden. Die zweiten Eingangsanschlüsse 1b,..., 4b der
ersten, zweiten, dritten und vierten Vergleicherschaltungen V1,...,
V4 sind gemeinsam mit dem ersten Eingangsanschluß E1 der Programmierschaltung über einen
Widerstand RS mit dem Anschluß M zum
Anlegen des Bezugspotentials verbunden.
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Im
Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
entspricht der Wert der Referenzspannung Vref dem in eine Spannung
umgewandelten maximalen Schwellwert eines Betriebsparameters, bei
dessen Überschreiten
die Vergleicherschaltung V1 an ihrem Ausgangsanschluß 1c ein Programmiersignal
erzeugt. Die Widerstände
R1,..., R4 werden so gewählt,
daß an
jeweils dem ersten Eingangsanschluß 1a,..., 4a der
Vergleicherschaltungen V1,..., V4 eine Spannung abfällt, die
einem zu überwachenden
Schwellwert eines Betriebsparameters entspricht. Wenn am zweiten
Eingangsanschluß einer
der Vergleicherschaltungen eine Steuerspannung ES auftritt, die
oberhalb der an dem ersten Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung
anliegenden Schwellspannung liegt, so erzeugt die Vergleicherschaltung
an ihrem Ausgangsanschluß ein
Programmiersignal. Wenn am zweiten Eingangsanschluß einer
der Vergleicherschaltungen eine Steuerspannung ES auftritt, die
unterhalb der an dem ersten Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung
anliegenden Schwellspannung liegt, so erzeugt die Verglei cherschaltung
an ihrem Ausgangsanschluß kein Programmiersignal.
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3A zeigt
eine erste Ausführungsform der
Signalwandlerschaltung 50. Sie umfaßt ein Monoflop MF, dem über einen
Ausgangsanschluß EW ein
Eingangsignal ES' zugeführt wird.
Das Monoflop MF ist über
seinen Ausgangsanschluß AM
mit einem Tiefpaß verbunden.
Der Tiefpaß umfaßt einen
Widerstand RT, der mit dem Ausgangsanschluß AW der
Signalwandlerschaltung 50 zur Erzeugung der Steuerspannung
ES, die der in 1 bzw. 2 dargestellten
Programmierschaltung 10 zugeführt wird, verbunden ist. Weiterhin
ist der Widerstand RT über eine Kapazität CT mit dem Anschluß M zum Anlegen eines Massebezugspotentials
VSS verbunden. Am Eingangsanschluß EW der Signalwandlerschaltung 50 liegt
das Eingangssignal ES' in
Form der Eingangsspannung US an. Am Ausgangsanschluß AM des
Monoflops MF erzeugt das Monoflop die Ausgangsspannung UM. Nach Filterung der Ausgangsspannung UM des Monoflops tritt am Ausgangsanschluß AW der
Signalwandlerschaltung 50 die Ausgangsspannung UA auf.
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3B und 3C zeigen
den Verlauf der drei Spannungen US, UM und UA über der
Zeit t für
unterschiedliche Frequenzen der am Eingangsanschluß EW anliegenden
Spannung US. Die Spannung US ist
im ersten Diagramm der 3B als Rechteckspannung mit
der Periodendauer TP dargestellt. Wie das
zweite Diagramm zeigt, kippt das Monoflop MF nach Anlegen des Eingangssignals
ES' in Form der
Rechteckspannung US für die Dauer TP in den
nicht stabilen Zustand und erzeugt an seinem Ausgangsanschluß AM die
Ausgangsspannung UM. Nach Ablauf der Zeit
tX kippt das Monoflop wieder in den stabilen
Zustand, wird jedoch durch das erneute Auftreten des folgenden Rechteckimpulses
wieder in den nicht stabilen Zustand gezwungen. Da die Zeit tX, wäh rend
der sich das Monoflop im instabilen Zustand befindet, identisch
ist mit der Periodendauer TP der Spannung
US, tritt am Ausgangsanschluß AM des Monoflops
MF eine konstante Spannung UM auf, die den
Kondensator CT des nachgeschalteten Tiefpasses
auf die Konstantspannung UA auflädt. Der
Verlauf der Ausgangsspannung UA ist im dritten
Diagramm dargestellt.
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In 3C ist
der Verlauf der Spannung UM und UA für
eine Rechteckspannung US mit niedrigerer Frequenz
dargestellt. Diagramm 1 zeigt den rechteckförmigen Verlauf der Spannung
US mit einer größeren Periodendauer TP als in 3B dargestellt.
Da die Zeit tX kleiner ist als die Periodendauer
T der Eingangsspannung US, erzeugt das Monoflop
MF an seinem Ausgang AM während
der Zeit TP-tX kein
Spannungssignal. Der nachgeschaltete Tiefpaß lädt den Kondensator CT auf eine Konstantspannung UA auf, die
niedriger ist, als die im Ausführungsbeispiel
der 3B aufgetretene Spannung UA.
Die Ausgangsspannung UA ist bei der in 3A dargestellten
Ausführungsform
der Signalwandlerschaltung 50 der Frequenz des Eingangssignals
ES' proportional.
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4A zeigt
eine zweite Ausführungsform der
Signalwandlerschaltung 50, mit der eine Temperatur, beispielsweise
die Umgebungstemperatur T, bei der eine Diode D betrieben wird,
in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die in 4A dargestellte
Signalwandlerschaltung 50 umfaßt eine Konstantstromquelle,
die den Konstantstrom Iconst erzeugt, und
mit der Reihenschaltung eines Widerstandes RD und
einer Diode D verbunden ist. Wenn die Diode D im Durchlaßbereich
betrieben wird, fällt über ihr
beim Anlegen des Flußstromes
IF = Iconst die Durchlaßspannung
UF ab.
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4B zeigt
ein Strom-/Spannungsdiagramm, in dem der Verlauf des Durchlaßstromes
IF über
der Flußspannung
UF für
eine Umgebungstemperatur T = 25°C
und T = 125°C
dargestellt ist. Für zunehmende
Temperaturen nimmt die Spannung UF und damit
auch die Schleusenspannung der Diode ab. Die Schleusenspannung ändert sich
mit ungefähr 2
mV/K und ist der Umgebungstemperatur T der Diode indirekt proportional.
Die relative Änderung
der Umgebungstemperatur läßt sich
bei diesem Verfahren über
die Änderung
der Schleusenspannung der Diode ermitteln.
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4C zeigt
eine dritte Ausführungsform der
Signalwandlerschaltung 50 zur Umwandlung der Umgebungstemperatur
in ein elektrisches Signal. Der Aufbau der Schaltung ist der in 4A gezeigten Ausführungsform
der Signalwandlerschaltung bis auf die Verwendung einer Konstantspannungsquelle,
die die Konstantspannung Uconst erzeugt,
an Stelle der Verwendung der Konstantstromquelle identisch. Die Diode
D wird bei der dritten Ausführungsform
allerdings im Sperrbereich betrieben. Bei diesem Betriebszustand
fließt über sie
beim Anlegen einer konstanten Sperrspannung UR der
Sperrstromes IR.
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4D zeigt
das zur 4C zugehörige Strom-/Spannungsdiagramm, in dem der Verlauf
des Sperrstromes IR über der Sperrspannung UR dargestellt ist. Beim Anlegen einer konstanten
Sperrspannung, die durch die Konstantspannungsquelle vorgegeben
wird, wird sie vom Sperrstrom IR durchflossen. Der
Sperrstrom nimmt mit zunehmender Temperatur zu und ist damit der
Umgebungstemperatur der Diode direkt proportional. Die relative Änderung
der Umgebungstemperatur läßt sich
bei diesem Verfahren über
die Änderung
des Sperrstromes der Diode ermitteln.
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- 1a,...,4a
- erste
Eingangsanschlüsse
der Vergleicherschal
-
- tungen
- 1b,...,4b
- zweite
Eingangsanschlüsse
der Vergleicherschal
-
- tungen
- 1c,...,4c
- Ausgangsanschlüsse der
Vergleicherschaltungen
- 10
- Programmierschaltung
- 21,...,24
- erste
steuerbare Schalter
- 30
- Speicherschaltung
- 31,...,34
- dritte
steuerbare Schalter
- 35,...,38
- programmierbare
Schalter
- 41,...,44
- zweite
steuerbare Schalter
- 50
- Signalwandlerschaltung
- A
- Ausgangsanschluß der integrierten Schaltung
- AP
- Ausgangsanschluß der Programmierschaltung
- AS
- Ausgangsanschluß der Speicherschaltung
- AW
- Ausgangsanschluß der Signalwandlerschaltung
- D
- Diode
- E
- Eingangsanschluß der Programmierschaltung
- ES
- Steuerspannung
der Programmierschaltung
- ES'
- Eingangssignal
der Signalwandlerschaltung
- EW
- Eingangsanschluß der Signalwandlerschaltung
- M
- Anschluß zum Anlegen
des Bezugspotentials
- P
- Programmieranschluß der Speicherschaltung
- PS
- Programmiersignal
- R
- Widerstand
- S
- Steueranschluß der steuerbaren
Schalter
- SS
- Steuersignal
zur Ansteuerung der steuerbaren
-
- Schalter
- V1,...,V4
- Vergleicherschaltungen
- Vin
- Anschluß zum Anlegen
des Versorgungspotentials
- Vref
- Referenzspannung
der Programmierschaltung